CN110923428A - 一种金属样件热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种金属样件热处理方法，本发明提供的金属样件热处理方法，将待处理样件密封于真空石英管中，从而避免了样件在热处理过程中发生氧化，省去了使用惰性气体的保护措施，极大地降低了对电炉设备的要求，同时降低了能耗，具有成本低的特点；通过控制冷却容器中的冷却介质种类可以使样件获得不同的冷却速率，从而可以同时完成多种热处理工艺的验证，具有较好的工艺灵活性。
Description
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种金属样件热处理方法。
背景技术
热处理是指材料在固态下，通过控制加热温度、保温时间和冷却速率等参数使材料获得更佳性能的手段，广泛应用于材料制备、工业设备、航天航空等领域。热处理是改善金属材料性能的主要途径之一。热处理可以是机械零件加工制造过程中的一道中间工序：例如改善铸、锻件毛坯的组织，改善零件的机加工性能等；也可以是使机械零件性能达到设计技术要求的最终热加工工序：例如调质、表面淬火等。因此，热处理在机械零件的加工制造过程中具有重要的地位和作用。
目前，箱式电阻炉是试验和生产中广泛应用的一种热处理设备，具有结构简单、体积小、操作方便、炉温控制均匀以及温度控制准确等特点。但是，当零件在以辐射传热为主的电阻炉中加热时，由于电热元件布置在工作室内，直接辐射在工件上而引起工件加热不均匀，造成工件的组织性能不均匀和热处理质量差等技术问题。
在专利号为200520033313.3的实用新型专利中，公开了一种名称为内螺旋回转式中频感应加热炉，包括螺旋滚筒、在螺旋滚筒***设置有隔热层，隔热层外有保温层，保温层外有中频感应线圈，在中频感应线圈外包裹有绝缘外壳。一种安装有内螺旋回转式中频感应加热炉的中频感应淬火、回火生产线，在螺旋热风烘干炉与淬火槽之间安装有内螺旋回转式中频感应加热炉，在螺旋热风烘干炉与回转式冷却炉之间也连接有内螺旋回转式中频感应加热炉。
该实用新型的加热炉虽然具有加热快、冷却快、温度可控制及精确度高的优点。但同时存在如下问题：1)设备的耗电量高，且需要通入保护性气体(氢气、氮气、氩气等)以保证零件表面不被氧化，能耗很高；2)最优热处理方案的确定需要验证多个工艺，而调整热处理炉的温度时，升温、降温需要较长的时间，效率很低；3)设备的专用性较强，单台设备不能同时完成多种热处理工艺的验证，工艺灵活性性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的热处理设备和方法能耗高、效率低、工艺灵活性较差。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种金属样件热处理方法，包括如下步骤：
步骤1：将需要进行热处理的样件装入石英管中，所得石英管抽真空后密封；
步骤2：将步骤1所得石英管加热融化，冷却后得到石英密封包覆的样件；
步骤3：将步骤2所得石英密封包覆的样件进行保温处理，保温条件为样件所需热处理温度和保温时间；
步骤4：将步骤3中得到样件放入装有冷却介质的冷却容器内进行冷却。
其中，所述步骤1中的样件为多个。
其中，所述步骤1中的石英管一端开口，另一端封闭，所述对石英管的抽真空的具体措施为将装有样件的石英管的开口端连接至真空泵机组的真空接头口，启动真空泵机组对其进行抽真空。
其中，所述步骤1中经过抽真空处理后的石英管的内部压强为2.0x 10-3Pa。
其中，所述步骤1中的石英管的直径为16mm，长度为150mm，壁厚为1.5mm。
其中，所述步骤2中石英管加热融化所用设备为氢氧机。
其中，所述步骤3中冷却容器为壁厚为1-10mm的带盖不锈钢桶。
其中，所述步骤3中保温处理所用设备为带有加热丝、保温材料和温度控制***的小型电炉。
本发明的有益效果在于：本发明提供的金属样件热处理方法，将待处理样件密封于真空石英管中，从而避免了样件在热处理过程中发生氧化，省去了使用惰性气体的保护措施，极大地降低了对电炉设备的要求，同时降低了能耗，具有成本低的特点；
通过控制冷却容器中的冷却介质种类可以使样件获得不同的冷却速率，从而可以同时完成多种热处理工艺的验证，具有较好的工艺灵活性。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明提供一种金属样件热处理方法，包括如下步骤：
步骤1：将需要进行热处理的样件装入石英管中，所得石英管抽真空后密封；
步骤2：将步骤1所得石英管加热融化，冷却后得到石英密封包覆的样件；
步骤3：将步骤2所得石英密封包覆的样件进行保温处理，保温条件为样件所需热处理温度和保温时间；
步骤4：将步骤3中得到样件放入装有冷却介质的冷却容器内进行冷却。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的金属样件热处理方法，将待处理样件密封于真空石英管中，从而避免了样件在热处理过程中发生氧化，省去了使用惰性气体的保护措施，极大地降低了对电炉设备的要求，同时降低了能耗，具有成本低的特点；
通过控制冷却容器中的冷却介质种类可以使样件获得不同的冷却速率，从而可以同时完成多种热处理工艺的验证，具有较好的工艺灵活性。
进一步的，所述步骤1中的样件为多个。
进一步的，所述步骤1中的石英管一端开口，另一端封闭，所述对石英管的抽真空的具体措施为将装有样件的石英管的开口端连接至真空泵机组的真空接头口，启动真空泵机组对其进行抽真空。
进一步的，所述步骤1中经过抽真空处理后的石英管的内部压强为2.0x10-3Pa。
进一步的，所述步骤1中的石英管的直径为16mm，长度为150mm，壁厚为1.5mm。
进一步的，所述步骤2中石英管加热融化所用设备为氢氧机。
进一步的，所述步骤3中冷却容器为壁厚为1-10mm的带盖不锈钢桶。
进一步的，所述步骤3中保温处理所用设备为带有加热丝、保温材料和温度控制***的小型电炉。
由上述描述可知，采用小型电炉对样件进行加热，升温、降温速度快，降低了能耗。
本发明实施例一：45号钢的淬火
1)封管：将3件规格为Φ10*10mm的45号钢样件放入Φ16*150mm、壁厚为1.5mm的石英管中，将石英管一端密封，另一端连接至真空泵机组的真空接头，启动真空泵机组，将装有3个样件的石英管抽真空至2.0*10-3Pa；
2)加热融化：将装有3个样件的真空石英管放入氢氧机内，通过氢氧机产生的氢氧焰将石英管烧熔并将样件密封于石英管中；
3)加热保温：将小型电炉的温度设定为850℃，待温度达到后，打开炉门，高温钳将密封了3个样件的石英管放置于其中，关闭炉门，保温1h；
4)快速冷却：将10％的盐水倒入壁厚为5mm的带盖不锈钢桶中，将炉门打开，用高温钳将密封了样件的石英管取出，将其快速浸入带盖不锈钢桶内的盐水中，使样件快速冷却从而达到淬火的目的。
检测：淬火后硬度为HRC58。
本发明实施例二：PANACEA不锈钢的固溶处理
1)封管：将10件规格为4*4*25mm的PANACEA不锈钢样件放入Φ16*150mm、壁厚为1.5mm的石英管中，将石英管一端密封，另一端连接至真空泵机组的真空接头，启动真空泵机组，将装有10个样件的石英管抽真空至2.0*10-3Pa；
2)加热融化：将装有10个样件的真空石英管放入氢氧机内，通过氢氧机产生的氢氧焰将石英管烧熔并将样件密封于石英管中；
2)加热：将小型电炉的温度设定为1120℃，待温度达到后，打开炉门，高温钳将密封了10个样件的石英管放置于其中，关闭炉门，保温2h；
3)快速冷却：将液氮放置于壁厚为10mm的带盖不锈钢桶中，将炉门打开，用高温钳将密封了样件的石英管取出，将其快速浸入带盖不锈钢桶内的液氮中，使样件快速冷却从而达到固溶处理的目的。
检测：对热处理前、后的样件进行金相分析，发现未经热处理的PANACEA不锈钢样件的晶界存在网状分布的CrN，经固溶处理后，晶界基本看不到CrN的析出。
本发明实施例三：17-4PH不锈钢的时效处理
1)封管：将5件Φ10*3mm的圆片样件放入Φ16*150mm、壁厚为1.5mm的石英管中，将石英管一端密封，另一端连接至真空泵机组的真空接头，启动真空泵机组，将装有5个样件的石英管抽真空至2.0*10-3Pa；
2)加热融化：将装有5个样件的真空石英管放入氢氧机内，通过氢氧机产生的氢氧焰将石英管烧熔并将样件密封于石英管中；
3)加热：将小型电炉的温度设定为470℃，待温度达到后，打开炉门，高温钳将密封了样件的石英管放置于其中，关闭炉门，保温4h；
4)快速冷却：使用壁厚为10mm的中空带盖不锈钢桶，将炉门打开，用高温钳将密封了样件的石英管取出，将其放置于中空的带盖不锈钢桶，使其在空气中自然冷却以达到时效处理的目的。
检测：时效处理前材料的硬度为HRC27，时效处理后材料的硬度达到HRC42。
综上所述，本发明提供的金属样件热处理方法，将待处理样件密封于真空石英管中，从而避免了样件在热处理过程中发生氧化，省去了使用惰性气体的保护措施，极大地降低了对电炉设备的要求，同时降低了能耗，具有成本低的特点；
采用小型电炉对样件进行加热，升温、降温速度快，降低了能耗；
通过控制冷却容器中的冷却介质种类可以使样件获得不同的冷却速率，从而可以同时完成多种热处理工艺的验证，具有较好的工艺灵活性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种金属样件热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将需要进行热处理的样件装入石英管中，所得石英管抽真空后密封；
步骤2：将步骤1所得石英管加热融化，冷却后得到石英密封包覆的样件；
步骤3：将步骤2所得石英密封包覆的样件进行保温处理，保温条件为样件所需热处理温度和保温时间；
步骤4：将步骤3中得到样件放入装有冷却介质的冷却容器内进行冷却。
2.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤1中的样件为多个。
3.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤1中的石英管一端开口，另一端封闭，所述对石英管的抽真空的具体措施为将装有样件的石英管的开口端连接至真空泵机组的真空接头口，启动真空泵机组对其进行抽真空。
4.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤1中经过抽真空处理后的石英管的内部压强为2.0x 10-3Pa。
5.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤1中的石英管的直径为16mm，长度为150mm，壁厚为1.5mm。
6.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤2中石英管加热融化所用设备为氢氧机。
7.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤3中冷却容器为壁厚为1-10mm的带盖不锈钢桶。
8.根据权利要求1所述金属样件热处理方法，其特征在于，所述步骤3中保温处理所用设备为带有加热丝、保温材料和温度控制***的小型电炉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200327 |